[發(fā)明專利]基于鐘模型的衛(wèi)星鐘差估計方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210986740.1
• 申請日: 2022-08-17
• 公開（公告）號: CN115453582A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔曉鵬;毛飛宇;辜聲峰
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: G01S19/27
• 分類號: G01S19/27;G04R20/04;G04R40/06
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴(yán)彥

本發(fā)明提供一種基于鐘模型的衛(wèi)星鐘差估計方法及系統(tǒng)，基于使用已有的精密衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品估計衛(wèi)星鐘差的Hadamard方差，擬合確定衛(wèi)星鐘模型；使用衛(wèi)星軌道產(chǎn)品和基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)，利用衛(wèi)星鐘模型確定的隨機(jī)模型實(shí)現(xiàn)進(jìn)行濾波器的時間更新，考慮衛(wèi)星鐘差歷元間相關(guān)性，以提高衛(wèi)星鐘差基準(zhǔn)的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高精確PPP授時的穩(wěn)定性；并通過鐘差模型預(yù)報，避免數(shù)據(jù)流短時中斷情況下衛(wèi)星鐘差重收斂，實(shí)現(xiàn)實(shí)時衛(wèi)星鐘差估計。本發(fā)明有效提高了衛(wèi)星鐘差基準(zhǔn)的短期穩(wěn)定性與數(shù)據(jù)流短時中斷情況下的衛(wèi)星鐘差估計精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于原子鐘噪聲模型的精密衛(wèi)星鐘差估計方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)是一種星基無線電定位系統(tǒng)，主要包括美國全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)、中國的北斗(BDS)、俄羅斯的格洛納斯(GLONASS)，以及歐洲的伽利略(Galileo)四大系統(tǒng)。衛(wèi)星鐘差誤差是GNSS的主要誤差源之一，1ns的鐘差誤差可以造成約30cm的測距誤差，因此對GNSS衛(wèi)星鐘差的精確改正十分重要。

精密單點(diǎn)定位技術(shù)(Precise Point Positioning,PPP)不受參考站覆蓋范圍的限制，依賴精密衛(wèi)星軌道和鐘差產(chǎn)品，提供高精度位置與時間信息。精密衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品作為PPP技術(shù)的重要支撐，通常利用衛(wèi)星軌道產(chǎn)品與均勻分布的基準(zhǔn)站觀測值，通過高精度GNSS網(wǎng)解方式估計得到。傳統(tǒng)估計方式將衛(wèi)星鐘差視為白噪聲序列，即假設(shè)歷元間衛(wèi)星鐘差是不相關(guān)的，而這忽視了衛(wèi)星原子鐘的噪聲特性，間接造成衛(wèi)星鐘差基準(zhǔn)歷元間相關(guān)性降低，可能導(dǎo)致衛(wèi)星鐘差基準(zhǔn)隨機(jī)變化，破壞其穩(wěn)定性；另一方面，當(dāng)實(shí)時數(shù)據(jù)流短時中斷的情況下，通過鐘差模型預(yù)報可以避免衛(wèi)星鐘差重收斂，提升衛(wèi)星鐘差實(shí)時估計精度。衛(wèi)星鐘差基準(zhǔn)本質(zhì)上是衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品的參考時間尺度，在PPP應(yīng)用時接收機(jī)鐘差會與衛(wèi)星鐘差基準(zhǔn)對齊，因此衛(wèi)星鐘差基準(zhǔn)對定位應(yīng)用影響較小；但對于授時應(yīng)用，衛(wèi)星鐘差基準(zhǔn)穩(wěn)定性降低會影響精確授時的穩(wěn)定性。利用衛(wèi)星原子鐘的噪聲特性對衛(wèi)星鐘差估計進(jìn)行約束可以有效提升衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)流中斷情況下鐘差估計精度，進(jìn)而提供更穩(wěn)定的PPP定位、授時與時間同步服務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容

由于在衛(wèi)星鐘差估計中白噪聲模型忽略了衛(wèi)星原子鐘的噪聲模型，可能導(dǎo)致衛(wèi)星鐘差基準(zhǔn)穩(wěn)定性降低。本發(fā)明充分考慮衛(wèi)星原子鐘噪聲特性，提供了一種基于鐘模型的衛(wèi)星鐘差估計方法。與傳統(tǒng)基于白噪聲模型的衛(wèi)星鐘差估計方法相比，本發(fā)明提高了衛(wèi)星鐘差基準(zhǔn)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)流中斷情況下鐘差估計精度，可以進(jìn)一步提高PPP定位、授時與時間同步服務(wù)的性能。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種基于鐘模型的衛(wèi)星鐘差估計方法，基于使用已有的精密衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品估計衛(wèi)星鐘差的Hadamard方差，擬合確定衛(wèi)星鐘模型；使用衛(wèi)星軌道產(chǎn)品和基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)，利用衛(wèi)星鐘模型確定的隨機(jī)模型實(shí)現(xiàn)進(jìn)行濾波器的時間更新，考慮衛(wèi)星鐘差歷元間相關(guān)性，以提高衛(wèi)星鐘差基準(zhǔn)的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高精確PPP授時的穩(wěn)定性；并通過鐘差模型預(yù)報，避免數(shù)據(jù)流短時中斷情況下衛(wèi)星鐘差重收斂，實(shí)現(xiàn)實(shí)時衛(wèi)星鐘差估計。

而且，衛(wèi)星鐘差估計過程包括以下步驟，

步驟S1，利用已有的衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品，估計衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品的Hadamard方差，對衛(wèi)星鐘差的Hadamard方差分析確定衛(wèi)星原子鐘差包含的噪聲類型，進(jìn)而確定衛(wèi)星鐘模型；

步驟S2，使用衛(wèi)星軌道產(chǎn)品與均勻分布的基準(zhǔn)站觀測值，在衛(wèi)星鐘差參數(shù)基礎(chǔ)上增加衛(wèi)星鐘速參數(shù)，利用鐘模型參數(shù)確定衛(wèi)星鐘差估計的過程噪聲，從而實(shí)現(xiàn)基于鐘模型的時間更新，估計得到基于鐘模型的衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品。

而且，步驟S1的實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟，

步驟S1.1，收集IGS分析中心提供的精密衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品，或基于白噪聲模型估計得到的精密衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品；